DE102019102154B4 - Cooling system and method for cooling a charging station system for charging electrically powered motor vehicles - Google Patents

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Abstract

Kühlsystem für ein Ladesäulensystem (10) zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge (14), miteiner Eingangssammelleitung (22) zum Zuführen eines Kühlmediums,einer Ausgangssammelleitung (30) zum Abführen des erwärmten Kühlmediums und mehreren jeweils mit einer zugeordneten zu kühlenden Ladesäule (12) zum Aufladen des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (14) thermisch koppelbaren Kühlleitungen (24) zum Kühlen der Ladesäule (12), insbesondere eines Ladekabels (26) eines Ladepunkts und/oder einer Leistungselektronik (28) der Ladesäule (12), wobei die Kühlleitungen (24) zueinander parallel geschaltet mit der Eingangssammelleitung (22) und mit der Ausgangssammelleitung (30) fluidisch verbunden sind,wobei eine an den Ladesäulen vorbei geführte Kurzschlussleitung (38) eine Verbindung zwischen der Eingangssammelleitung (22) und der Ausgangssammelleitung (30) darstellt, welche mit einem Regulierventil (34) ausgestattet ist,wobei die Kurzschlussleitung (38) zur Detektion von Betriebsstörungen einen Durchflussmesser zur Messung des Durchflusses der Kurzschlussleitung (38) und/oder einen Druckmesser zur Messung des Durchflusses der Kurzschlussleitung (38) aufweist.Cooling system for a charging station system (10) for charging electrically powered motor vehicles (14), with an input manifold (22) for supplying a cooling medium, an output manifold (30) for discharging the heated cooling medium and several each with an assigned charging station (12) to be cooled for charging of the electrically driven motor vehicle (14) thermally connectable cooling lines (24) for cooling the charging station (12), in particular a charging cable (26) of a charging point and/or power electronics (28) of the charging station (12), the cooling lines (24) relative to one another connected in parallel with the input manifold (22) and fluidly connected to the output manifold (30), whereby a short-circuit line (38) led past the charging stations represents a connection between the input manifold (22) and the output manifold (30), which has a regulating valve (34) is equipped, wherein the short-circuit line (38) has a flow meter for measuring the flow of the short-circuit line (38) and / or a pressure meter for measuring the flow of the short-circuit line (38) for detecting malfunctions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem und ein Verfahren mit deren Hilfe ein zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge vorgesehenes Ladesäulensystem gekühlt werden kann.The invention relates to a cooling system and a method with the aid of which a charging station system provided for charging electrically powered motor vehicles can be cooled.

Aus DE 2 224 740 A1 ist es bekannt verschiedene Wickelräume eines Großtransformators über parallel geschaltete Kühlleitungen eines Kühlkreislaufs zu kühlen, wobei jede zwischen einer Eingangssammelleitung und einer Ausgangssammelleitung geschaltete Kühlleitung eine einstellbare Strömungsdrossel aufweist.Out of DE 2 224 740 A1 It is known to cool different winding spaces of a large transformer via parallel-connected cooling lines of a cooling circuit, each cooling line connected between an input manifold and an output manifold having an adjustable flow throttle.

Aus DE 10 2017 115 631 A1 ist eine Kühlanlage zur Kühlung von zum Aufladen von Elektrofahrzeugen vorgesehene Ladesäulen bekannt, bei der mehrere Ladesäulen über parallel geschaltete Kühlleitungen gekühlt werden, wobei die jeweilige Kühlleitung ein Durchflusssteuerungsmittel zur Einstellung eines Durchflussverhältnisses zwischen den Kühlleitungen aufweist.Out of DE 10 2017 115 631 A1 a cooling system for cooling charging stations intended for charging electric vehicles is known, in which several charging stations are cooled via cooling lines connected in parallel, the respective cooling line having a flow control means for setting a flow ratio between the cooling lines.

Aus DE 10 2010 022 763 A1 ist ein Verfahren zum automatischen hydraulischen Abgleich von parallel geschalteten Verbraucher aufweisenden Strängen einer Heizungs- oder Kühlanlage durch Druck- und Durchflussmessungen in den jeweiligen Strängen bekannt.Out of DE 10 2010 022 763 A1 is a method for the automatic hydraulic balancing of parallel-connected consumer lines of a heating or cooling system known by pressure and flow measurements in the respective lines.

Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Lebensdauer eines Ladesäulensystems zu verbessern.There is a constant need to improve the lifespan of a charging station system.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine gute Lebensdauer für ein Ladesäulensystem ermöglichen.It is the object of the invention to show measures that enable a good service life for a charging station system.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The object is achieved according to the invention by a cooling system with the features of claim 1 and a method with the features of claim 8. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, each of which individually or in combination represents an aspect of the invention can.

Erfindungsgemäß ist ein Kühlsystem für ein Ladesäulensystem zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge vorgesehen mit einer Eingangssammelleitung zum Zuführen eines Kühlmediums, einer Ausgangssammelleitung zum Abführen des erwärmten Kühlmediums und mehreren jeweils mit einer zugeordneten zu kühlenden Ladesäule zum Aufladen des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs thermisch koppelbaren Kühlleitungen zum Kühlen der Ladesäule, insbesondere eines Ladekabels eines Ladepunkts und/oder einer Leistungselektronik der Ladesäule, wobei die Kühlleitungen zueinander parallel geschaltet mit der Eingangssammelleitung und mit der Ausgangssammelleitung fluidisch verbunden sind, wobei eine an den Ladesäulen vorbei geführte Kurzschlussleitung eine Verbindung zwischen der Eingangssammelleitung und der Ausgangssammelleitung darstellt, welche mit einem Regulierventil ausgestattet ist, wobei die Kurzschlussleitung zur Detektion von Betriebsstörungen einen Durchflussmesser zur Messung des Durchflusses der Kurzschlussleitung und/oder einen Druckmesser zur Messung des Durchflusses der Kurzschlussleitung aufweist.According to the invention, a cooling system for a charging station system for charging electrically driven motor vehicles is provided with an input manifold for supplying a cooling medium, an output manifold for discharging the heated cooling medium and a plurality of cooling lines, each of which can be thermally coupled to an assigned charging station to be cooled for charging the electrically driven motor vehicle, for cooling the charging station , in particular a charging cable of a charging point and / or power electronics of the charging station, wherein the cooling lines are connected in parallel to the input manifold and are fluidly connected to the output manifold, wherein a short-circuit line led past the charging columns represents a connection between the input manifold and the output manifold, which is equipped with a regulating valve, wherein the short-circuit line has a flow meter for measuring the flow of the short-circuit line and / or a pressure meter for measuring the flow of the short-circuit line to detect operational malfunctions.

Anstatt die zu kühlenden Ladesäulen in einem Kühlkreislauf des Kühlsystems in Reihe zu schalten, sind die zu kühlenden Ladesäulen parallel geschaltet. Dadurch ist vermieden, dass im Kühlkreislauf stromabwärts zu anderen Ladesäulen vorgesehene Ladesäulen mit einer bereits erhöhten Eingangstemperatur gekühlt werden, so dass sich eine geringere Kühlleistung für diese Ladesäulen ergibt. Stattdessen können alle Ladesäulen mit der gleichen Eingangstemperatur und einem, abgesehen von Druckverlusten über die Leitungslänge, im Wesentlichen gleichen Eingangsdruck gekühlt werden, so dass sich eine gleiche Kühlleistung an den zu kühlenden Ladesäulen einstellt. Dadurch ist eine gleichmäßige Kühlung der Ladesäulen gesichert, bei der ein früher Ausfall einer einzelnen Ladesäule durch eine unzureichende Kühlleistung vermieden ist. Durch die gleichmäßige Kühlung können Wartungsintervalle optimiert werden, so dass mit einem geringeren Wartungsaufwand ein Erhalt der Funktionalität der Ladesäulen erreicht werden kann. Eine Auslegung des Kühlsystems und/oder der Wartung für ein worst case Szenario ist nicht erforderlich, da das Risiko von Ausreißern bei der Lebensdauer der Ladesäulen minimiert werden kann.Instead of connecting the charging stations to be cooled in series in a cooling circuit of the cooling system, the charging stations to be cooled are connected in parallel. This prevents charging stations provided in the cooling circuit downstream of other charging stations from being cooled with an already increased inlet temperature, so that there is a lower cooling capacity for these charging stations. Instead, all charging stations can be cooled with the same inlet temperature and, apart from pressure losses over the length of the line, essentially the same inlet pressure, so that the same cooling capacity is achieved at the charging stations to be cooled. This ensures uniform cooling of the charging stations, avoiding early failure of an individual charging station due to insufficient cooling performance. Thanks to the uniform cooling, maintenance intervals can be optimized so that the functionality of the charging stations can be maintained with less maintenance effort. It is not necessary to design the cooling system and/or maintenance for a worst case scenario, as the risk of outliers in the service life of the charging stations can be minimized.

Durch die Parallelschaltung der Ladesäulen ist es zudem leicht möglich Ladesäulen, die seit einiger Zeit nicht benutzt wurden und daher aktuell nicht gekühlt werden müssen, als eine nicht zu kühlende Ladesäule zu deklarieren und die zu der nicht zu kühlenden Ladesäule führende Kühlleitung zu versperren. Dadurch kann der von dem Kühlsystem bereitgestellte Massenstrom des Kühlmediums auf diejenigen Ladesäulen konzentriert werden, für die aktuell eine Kühlung als erforderlich angesehen wird und die als zu kühlende Ladesäulen deklariert sind. Durch die Vermeidung einer unnötigen Kühlung bei den nicht zu kühlenden Ladesäulen kann ein unnötiger Druckverlust vermieden und stattdessen die Kühlleistung bei den übrigen zu kühlenden Ladesäulen erhöht werden, wodurch die Lebensdauer der Ladesäulen nicht nur vergleichmäßigt, sondern auch erhöht werden kann. Durch die Parallelschaltung der Ladesäulen bei der Kühlung kann für jede zu kühlende Ladesäule eine gleiche Kühlleistung eingestellt werden, so dass eine gute Lebensdauer für ein Ladesäulensystem ermöglicht ist.By connecting the charging stations in parallel, it is also easy to declare charging stations that have not been used for some time and therefore do not currently need to be cooled as charging stations that do not require cooling and to block the cooling line leading to the charging station that does not require cooling. This allows the mass flow of cooling medium provided by the cooling system to be concentrated on those charging stations for which cooling is currently considered necessary and which are declared as charging stations to be cooled. By avoiding unnecessary cooling for the charging stations that do not need to be cooled, an unnecessary pressure loss can be avoided and instead the cooling capacity of the remaining charging stations that need to be cooled can be increased, which not only makes the service life of the charging stations evener but can also increase it. By connecting the charging stations in parallel when cooling, the same cooling capacity can be set for each charging station to be cooled so that a good service life is possible for a charging station system.

Hierbei kann zudem die Erkenntnis ausgenutzt werden, dass es beispielsweise zur Vermeidung von störenden Geräuschemissionen für den Benutzer einer Ladesäule vorteilhaft sein kann, für den Betrieb der Ladesäule vorgesehene Aggregate beabstandet zu der Ladesäule vorzusehen. So kann beispielsweise ein Transformator, ein Gleichrichter, eine Kühlpumpe zum Fördern des Kühlmediums des Kühlsystems und weitere Aggregate in einer zur Ladesäule entfernt positionierten Versorgungsbox zusammengefasst werden. Dies ermöglicht es insbesondere für mehrere Ladesäulen ein gemeinsames Kühlsystem mit nur einer Kühlpumpe vorzusehen, wodurch der apparative Aufwand des Gesamtsystems reduziert werden kann. Die Kühlung der Ladesäulen des Ladesäulensystems kann dadurch durch ein verteiltes System abgebildet werden, das trotz eines gegebenenfalls erhöhten Leitungsaufwands durch die Einsparung ansonsten mehrfach vorzusehender Aggregate eine signifikante Kostenreduktion erreichen kann, die bei einer Erhöhung der Anzahl der Ladesäulen umso stärker ausfällt. Dies erleichtert es in einem massiven Ausmaß eine kostengünstige und ausreichende Infrastruktur für eine fortschreitende Elektrifizierung des individuellen Personennahverkehrs bereitzustellen.The knowledge can also be exploited here that, for example, in order to avoid disturbing noise emissions for the user of a charging station, it can be advantageous to provide units intended for the operation of the charging station at a distance from the charging station. For example, a transformer, a rectifier, a cooling pump for conveying the cooling medium of the cooling system and other units can be combined in a supply box positioned away from the charging station. This makes it possible, in particular, to provide a common cooling system with only one cooling pump for several charging stations, which means that the expenditure on equipment for the entire system can be reduced. The cooling of the charging columns of the charging column system can thereby be represented by a distributed system, which, despite a possibly increased line effort, can achieve a significant cost reduction by saving units that would otherwise have to be provided multiple times, which is even greater when the number of charging columns increases. This makes it easier to provide a cost-effective and sufficient infrastructure for the progressive electrification of individual local passenger transport on a massive scale.

Dadurch kann vorgesehen sein, dass eine an den Ladesäulen vorbei geführte Kurzschlussleitung an einer Einleitungsstelle, die in Strömungsrichtung hinter den Anschlussstellen der Kühlleitungen mit der Eingangssammelleitung liegt, mit der Eingangssammelleitung und an einer Ausleitungsstelle, die in Strömungsrichtung vor den Anschlussstellen der Kühlleitungen mit der Ausgangssammelleitung liegt, mit der Ausgangssammelleitung verbunden ist. Die Kurzschlussleitung weist ein Regulierventil auf. Die Kurzschlussleitung ermöglicht es Kühlmedium auch dann umzupumpen, wenn absichtlich oder unabsichtlich beispielsweise durch einen Defekt alle oder zu viele Kühlleitungen versperrt sind. Ein zu hoher Druckaufbau in der Eingangssammelleitung kann dadurch sicher vermieden werden. Zudem kann die Kurzschlussleitung zur Detektion von Betriebsstörungen genutzt werden. Wenn in der Kurzschlussleitung ein Druck und/oder ein Durchfluss gemessen wird, der höher oder niedriger ist als in der aktuellen Betriebssituation zu erwarten ist, kann dies auf eine Störung hindeuten, wodurch insbesondere automatisch eine Überprüfung veranlasst werden kann.In this way, it can be provided that a short-circuit line routed past the charging stations is connected to the input manifold at an introduction point, which lies in the direction of flow behind the connection points of the cooling lines to the input manifold, and at an outlet point, which lies in front of the connection points of the cooling lines to the output manifold in the direction of flow , is connected to the output bus. The short-circuit line has a regulating valve. The short-circuit line enables cooling medium to be pumped around even if all or too many cooling lines are blocked intentionally or unintentionally, for example due to a defect. This can safely prevent excessive pressure build-up in the input manifold. In addition, the short-circuit line can be used to detect malfunctions. If a pressure and/or a flow is measured in the short-circuit line that is higher or lower than is to be expected in the current operating situation, this may indicate a malfunction, which in particular can automatically initiate a check.

Vorzugsweise ist mit jeder Kühlleitung ein Regulierventil, insbesondere ein Abgleichventil, zur Einstellung eines gleichen Massenstroms in den Kühlleitungen verbunden. Mit Hilfe des Regulierventils kann für jede Kühlleitung individuell der Durchfluss geregelt werden. Dies ermöglicht es auch unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Druckverlusten über den Leitungsweg bis zu den einzelnen Kühlleitungen in jeder zu einer zu kühlenden Ladesäule führenden Kühlleitung einen gleichen Durchfluss einzustellen. Zudem ist es möglich in dem Fall, dass die der jeweiligen Kühlleitung zugeordnete Ladesäule nicht gekühlt werden braucht, die Kühlleitung abzusperren und den für die dann versperrte Kühlleitung vorgesehenen Durchfluss für eine Durchflusserhöhung der anderen Kühlleitungen zu verwenden.A regulating valve, in particular a balancing valve, is preferably connected to each cooling line in order to set an equal mass flow in the cooling lines. With the help of the regulating valve, the flow can be regulated individually for each cooling line. This also makes it possible to set an equal flow in each cooling line leading to a charging station to be cooled, taking into account different pressure losses over the line path to the individual cooling lines. In addition, in the event that the charging station assigned to the respective cooling line does not need to be cooled, it is possible to shut off the cooling line and use the flow intended for the then blocked cooling line to increase the flow of the other cooling lines.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Regulierventile zum hydraulischen Abgleich miteinander, insbesondere über eine Steuereinrichtung, kommunizieren. Die Regulierventile könne beispielsweise über das Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander hydraulisch gekoppelt sein. Es ist aber auch möglich mit Messgeräten den Durchfluss und/oder den Druck in den Kühlleitungen zu messen und mit Hilfe der dadurch erhaltenen Messdaten den hydraulischen Abgleich durch eine elektronische Kommunikation zu erreichen. Unterschiedliche Strömungswiderstände für die unterschiedlichen Kühlleitungen können dadurch leicht kompensiert und die Regelstellung der jeweiligen Regulierventile zur Erreichung einer gleichen Kühlleistung in den verschiedenen Kühlleitungen angepasst werden.It is particularly preferred that the regulating valves communicate with one another, in particular via a control device, for hydraulic balancing. The regulating valves could, for example, be hydraulically coupled to one another using the principle of communicating tubes. However, it is also possible to use measuring devices to measure the flow and/or the pressure in the cooling lines and to use the resulting measurement data to achieve hydraulic balancing through electronic communication. Different flow resistances for the different cooling lines can be easily compensated for and the control position of the respective regulating valves can be adjusted to achieve the same cooling performance in the different cooling lines.

Insbesondere ist für jede Kühlleitung ein Durchflussmesser zur Messung des Durchflusses der jeweiligen Kühlleitung vor der zugeordneten Ladesäule vorgesehen. Der Durchfluss kann dadurch stromaufwärts zur Ladesäule gemessen werden, bevor das Kühlfluid in die Ladesäule eintritt. Dies ermöglicht eine präzise, insbesondere durchflussbasierte, Regelung der in den verschiedenen Kühlleitungen realisierten Kühlleistung. Zudem können Störungen leicht detektiert werden.In particular, a flow meter is provided for each cooling line to measure the flow of the respective cooling line in front of the assigned charging station. The flow can thereby be measured upstream of the charging station before the cooling fluid enters the charging station. This enables precise, especially flow-based, control of the cooling performance realized in the various cooling lines. In addition, faults can be easily detected.

Besonders bevorzugt ist für jede Kühlleitung ein Druckmesser zur Messung eines Staudrucks der jeweiligen Kühlleitung vor der zugeordneten Ladesäule vorgesehen. Der Staudruck kann dadurch stromaufwärts zur Ladesäule gemessen werden, bevor das Kühlfluid in die Ladesäule eintritt. Dies ermöglicht eine präzise, insbesondere druckbasierte, Regelung der in den verschiedenen Kühlleitungen realisierten Kühlleistung. Zudem können Störungen leicht detektiert werden.Particularly preferably, a pressure gauge is provided for each cooling line for measuring a dynamic pressure of the respective cooling line in front of the assigned charging station. The dynamic pressure can thereby be measured upstream of the charging station before the cooling fluid enters the charging station. This enables precise, especially pressure-based, control of the cooling performance realized in the various cooling lines. In addition, faults can be easily detected.

Vorzugsweise weist die Ladesäule eine, insbesondere mindestens einen Temperatursensor aufweisende, Überwachungseinrichtung zur Detektion eines Kühlbedarfs der Ladesäule auf, wobei die Überwachungseinrichtung ausgestaltet ist in dem Fall, dass kein Kühlbedarf detektiert wird, die zugehörige Kühlleitung zu verschließen. Die Überwachungseinrichtung kann entscheiden, ob es sich bei der von ihr überwachten Ladesäule um eine zu kühlende Ladesäule oder eine nicht zu kühlende Ladesäule handelt. Wenn eine Kühlung der Ladesäule nicht oder nicht mehr erforderlich ist, kann die zugehörige Kühlleitung verschlossen werden, so dass kein neues Kühlmedium mehr zu der nicht zu kühlenden Ladesäule gefördert wird. Der für diese Kühlleitung eigentlich vorgesehene Durchfluss kann dadurch auf die anderen thermisch an zu kühlenden Ladesäulen angekoppelten Kühlleitungen aufgeteilt werden, um dort die Kühlleistung zu erhöhen.The charging station preferably has a monitoring device, in particular having at least one temperature sensor, for detecting a cooling requirement of the charging station, the monitoring device being designed to close the associated cooling line in the event that no cooling requirement is detected. The monitoring device can decide whether the charging station it is monitoring is too cool end charging station or a charging station that cannot be cooled. If cooling of the charging station is not or no longer necessary, the associated cooling line can be closed so that no new cooling medium is delivered to the charging station that does not need to be cooled. The flow actually intended for this cooling line can thereby be divided among the other cooling lines that are thermally coupled to charging stations to be cooled in order to increase the cooling capacity there.

Die Erfindung betrifft ferner ein Ladesäulensystem zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge mit mehreren Ladesäulen zum Aufladen des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, einem Kühlsystem, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Kühlen der Ladesäulen, einer zu den Ladesäulen beabstandet positionierten Versorgungsbox, wobei die Versorgungsbox eine Kühlpumpe zum Fördern des Kühlmediums des Kühlsystems und/oder einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmediums der Ausgangssammelleitung aufweist, und einer Steuereinheit zum Einstellen des Durchflusses der Kühlleitungen. Dies ermöglicht es insbesondere für mehrere Ladesäulen ein gemeinsames Kühlsystem mit nur einer Kühlpumpe vorzusehen, wodurch der apparative Aufwand des Gesamtsystems reduziert werden kann. Die Kühlung der Ladesäulen des Ladesäulensystems kann dadurch durch ein verteiltes System abgebildet werden, das trotz eines gegebenenfalls erhöhten Leitungsaufwands durch die Einsparung ansonsten mehrfach vorzusehender Aggregate eine signifikante Kostenreduktion erreichen kann. Durch die Parallelschaltung der Ladesäulen bei der Kühlung kann für jede zu kühlende Ladesäule eine gleiche Kühlleistung eingestellt werden, so dass eine gute Lebensdauer für ein Ladesäulensystem ermöglicht wird.The invention further relates to a charging station system for charging electrically driven motor vehicles with a plurality of charging stations for charging the electrically driven motor vehicle, a cooling system, which can be designed and further developed as described above, for cooling the charging stations, a supply box positioned at a distance from the charging stations, the Supply box has a cooling pump for conveying the coolant of the cooling system and / or a heat exchanger for cooling the coolant of the output manifold, and a control unit for adjusting the flow of the cooling lines. This makes it possible, in particular, to provide a common cooling system with only one cooling pump for several charging stations, which means that the expenditure on equipment for the entire system can be reduced. The cooling of the charging stations of the charging station system can thereby be represented by a distributed system, which can achieve a significant cost reduction by saving units that would otherwise have to be provided several times, despite a possibly increased line effort. By connecting the charging stations in parallel when cooling, the same cooling capacity can be set for each charging station to be cooled, thus enabling a good service life for a charging station system.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen eines Ladesäulensystems zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge, bei dem mehrere zu kühlende Ladesäulen mit Hilfe eines Kühlsystems, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, parallel geschaltet gekühlt werden. Durch die Parallelschaltung der Ladesäulen bei der Kühlung kann für jede zu kühlende Ladesäule eine gleiche Kühlleistung eingestellt werden, so dass eine gute Lebensdauer für ein Ladesäulensystem ermöglicht wird.The invention further relates to a method for cooling a charging station system for charging electrically powered motor vehicles, in which several charging stations to be cooled are cooled in parallel with the aid of a cooling system, which can be designed and developed as described above. By connecting the charging stations in parallel when cooling, the same cooling capacity can be set for each charging station to be cooled, thus enabling a good service life for a charging station system.

Besonders bevorzugt wird für jede zu kühlende Ladesäule ein im Wesentlichen gleicher Durchflussstrom eingestellt. Die Kühlleistung für die Ladesäulen kann dadurch vergleichmäßigt werden, wodurch eine gleichmäßige Kühlung der Ladesäulen gesichert ist, bei der ein früher Ausfall einer einzelnen Ladesäule durch eine unzureichende Kühlleistung vermieden ist.Particularly preferably, a substantially equal flow rate is set for each charging station to be cooled. The cooling performance for the charging stations can thereby be evened out, which ensures uniform cooling of the charging stations and prevents an early failure of an individual charging station due to insufficient cooling performance.

Insbesondere ist vorgesehen, dass in dem Fall, dass sich in einer von einer Druckquelle am weitesten entfernten Leitung ein geringerer Ist-Durchfluss als in den übrigen Kühlleitungen ergibt, für die Kühlleitungen ein höherer Soll-Durchfluss eingestellt wird, und/oder in dem Fall, dass sich in dem von der Druckquelle am weitesten entfernten Leitung ein höherer Ist-Durchfluss als in den übrigen Kühlleitungen ergibt, für die Kühlleitungen ein niedrigerer Soll-Durchfluss eingestellt wird, und/oder in dem Fall, dass ein Ist-Druck in der Eingangssammelleitung oberhalb eines Soll-Drucks liegt, für die Kühlleitungen ein niedrigerer Soll-Durchfluss eingestellt wird. Die am weitesten entfernte Leitung kann durch die gegebenenfalls vorgesehene Kurzschlussleitung ausgebildet sein, wobei aber alternativ die am weitesten entfernte Leitung durch die in Strömungsrichtung der Eingangssammelleitung am entferntesten vorgesehene Kühlleitung gegeben sein kann. Der Durchfluss und die Kühlleistung in den einzelnen Kühlleitungen kann dadurch leicht an einen Abfall und/oder eine Erhöhung des zur Verfügung stehenden Kühlmediums angepasst werden. Insbesondere kann der für die jeweiligen Kühlleitungen eingestellte Durchfluss automatisch adaptiert werden, wenn eine einzelne Kühlleitung geöffnet oder geschlossen wird. Auch bei einer Störung oder nicht vorhergesehenen Strömungswiderständen kann der für die Kühlleitungen vorgesehene Durchfluss gleich groß eingestellt werden.In particular, it is provided that in the event that there is a lower actual flow rate in a line furthest away from a pressure source than in the other cooling lines, a higher target flow rate is set for the cooling lines, and/or in the case that in the line furthest away from the pressure source there is a higher actual flow than in the other cooling lines, a lower target flow is set for the cooling lines, and / or in the case that an actual pressure in the input manifold above of a target pressure, a lower target flow is set for the cooling lines. The furthest line can be formed by the short-circuit line that may be provided, but alternatively the furthest line can be provided by the cooling line that is furthest away in the flow direction of the input manifold. The flow and the cooling capacity in the individual cooling lines can therefore be easily adapted to a decrease and/or an increase in the available cooling medium. In particular, the flow set for the respective cooling lines can be automatically adapted when an individual cooling line is opened or closed. Even in the event of a malfunction or unforeseen flow resistance, the flow intended for the cooling lines can be set to the same size.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

  • 1: eine schematische perspektivische Ansicht eines Ladesäulensystems und
  • 2: eine schematische Prinzipdarstellung eines Kühlsystems für das Ladesäulensystem aus 1.
The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying drawings using preferred exemplary embodiments, whereby the features shown below can represent an aspect of the invention both individually and in combination. Show it:
  • 1 : a schematic perspective view of a charging station system and
  • 2 : a schematic diagram of a cooling system for the charging station system 1 .

Das in 1 dargestellte Ladesäulensystem 10 weist mehrere Ladesäulen 12 auf, mit denen jeweils ein elektrisch antreibbares Fahrzeug 14 aufgeladen werden kann. An den Ladesäulen 12 kann mindestens eine, vorzugsweise genau eine, Versorgungsbox 16 angeschlossen sein, die beispielsweise eine Leistungselektronik für die Ladesäule 12 und gegebenenfalls einen Transformator mit Gleichrichter zur Wandlung von Wechselstrom aus einem Energienetz in Gleichstrom in der gewünschten Stromstärke für die Ladesäule 12 aufweist. Es ist aber auch möglich, dass der Transformator in einer separaten Transformatorstation 19 vorgesehen ist. Die Versorgungsbox 16 und/oder die Coolingbox 17 weist eine Kühlpumpe 18 zur Kühlung der Ladesäulen 12 auf. Die Versorgungsbox 16 und/oder die Coolingbox 17 kann zu den Ladesäulen 12 bewusst beabstandet positioniert sein, beispielsweise damit die in der Versorgungsbox 16 und/oder in der Coolingbox 17 entstehenden Geräusche einen Nutzer der jeweiligen Ladesäule 12 nicht stören.This in 1 The charging station system 10 shown has several charging stations 12, each of which can be used to charge an electrically driven vehicle 14. At least one, preferably exactly one, supply box 16 can be connected to the charging columns 12, which, for example, has power electronics for the charging column 12 and, if necessary, a transformer with a rectifier for converting alternating current from an energy network into direct current in the desired current intensity for the charging column 12. However, it is also possible for the transformer to be provided in a separate transformer station 19. The supply box 16 and/or the cooling box 17 has a cooling pump 18 for cooling the loading pig len 12 on. The supply box 16 and/or the cooling box 17 can be deliberately positioned at a distance from the charging columns 12, for example so that the noises generated in the supply box 16 and/or in the cooling box 17 do not disturb a user of the respective charging column 12.

Das in 2 dargestellte Kühlsystem 20 weist eine Eingangssammelleitung 22 auf, in welche die Kühlpumpe 18 in der Coolingbox 17 das Kühlmedium pumpt. Von der Eingangssammelleitung 22 gehen mehrere parallel geschaltete Kühlleitungen 24 ab, um die jeweils zugeordnete Ladesäule 12 kühlen zu können. Die Ladesäule 12 weist beispielsweise einen Ladepunkt 26 mit einem zu kühlenden Ladekabel und/oder eine zu kühlende Leistungselektronik 28 auf, die thermisch an der zugeordneten Kühlleitung angekoppelt sind. Die Kühlleitungen 24 werden in einer Ausgangssammelleitung 30 zusammengeführt und beispielsweise über einen als Luftkühler ausgestalteten Wärmetauscher 32 zur Kühlung des erwärmten Kühlmediums wieder der Kühlpumpe 18 in der Coolingbox 17 zugeführt.This in 2 Cooling system 20 shown has an input manifold 22 into which the cooling pump 18 in the cooling box 17 pumps the cooling medium. Several cooling lines 24 connected in parallel extend from the input manifold 22 in order to be able to cool the respectively assigned charging station 12. The charging station 12 has, for example, a charging point 26 with a charging cable to be cooled and/or power electronics 28 to be cooled, which are thermally coupled to the associated cooling line. The cooling lines 24 are brought together in an output manifold 30 and fed back to the cooling pump 18 in the cooling box 17, for example via a heat exchanger 32 designed as an air cooler for cooling the heated cooling medium.

Jede Kühlleitung 24 weist ein als Abgleichventil ausgestaltetes Regulierventil 34 auf, das beispielsweise aufgrund eines gemessenen Durchflusses und/oder gemessenen Drucks in den Kühlleitung 24 von einer Steuereinrichtung 36 geregelt werden kann, um in den Kühlleitungen 24 mit zu kühlenden Ladesäulen 12 einen gleichen Durchfluss und/oder eine gleiche Kühlleistung einzustellen. Falls eine bestimmte Ladesäule 12 nicht gekühlt werden braucht, ist es auch möglich die entsprechende Kühlleitung 24 mit Hilfe ihres Regulierventils 34 abzuschließen. Zusätzlich ist eine mit der Eingangssammelleitung 22 und mit der Ausgangssammelleitung 30 verbundene und an den Ladesäulen 12 verbeigeführte Kurzschlussleitung 38 vorgesehen, die bei einer Störung und/oder wenn alle Kühlleitungen 24 abgesperrt sind, noch einen Umlauf des Kühlmediums ermöglicht. Zudem kann über die Messung des Durchflusses und/oder des Drucks in der Kurzschlussleitung 38 eine Störung in dem Kühlsystem 20 detektiert werden. Die Kurzschlussleitung 38 kann ebenfalls ein Regulierventil 34 aufweisen oder frei von Regulierventilen 34 sein.Each cooling line 24 has a regulating valve 34 designed as a balancing valve, which can be regulated by a control device 36, for example based on a measured flow and / or measured pressure in the cooling line 24, in order to have the same flow and / or in the cooling lines 24 with charging stations 12 to be cooled. or to set the same cooling capacity. If a specific charging station 12 does not need to be cooled, it is also possible to close the corresponding cooling line 24 using its regulating valve 34. In addition, a short-circuit line 38 is provided, which is connected to the input manifold 22 and to the output manifold 30 and is led past the charging stations 12, which still allows the cooling medium to circulate in the event of a fault and/or when all cooling lines 24 are shut off. In addition, a fault in the cooling system 20 can be detected by measuring the flow and/or the pressure in the short-circuit line 38. The short-circuit line 38 can also have a regulating valve 34 or be free of regulating valves 34.

Claims (11)

Kühlsystem für ein Ladesäulensystem (10) zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge (14), mit einer Eingangssammelleitung (22) zum Zuführen eines Kühlmediums, einer Ausgangssammelleitung (30) zum Abführen des erwärmten Kühlmediums und mehreren jeweils mit einer zugeordneten zu kühlenden Ladesäule (12) zum Aufladen des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (14) thermisch koppelbaren Kühlleitungen (24) zum Kühlen der Ladesäule (12), insbesondere eines Ladekabels (26) eines Ladepunkts und/oder einer Leistungselektronik (28) der Ladesäule (12), wobei die Kühlleitungen (24) zueinander parallel geschaltet mit der Eingangssammelleitung (22) und mit der Ausgangssammelleitung (30) fluidisch verbunden sind, wobei eine an den Ladesäulen vorbei geführte Kurzschlussleitung (38) eine Verbindung zwischen der Eingangssammelleitung (22) und der Ausgangssammelleitung (30) darstellt, welche mit einem Regulierventil (34) ausgestattet ist, wobei die Kurzschlussleitung (38) zur Detektion von Betriebsstörungen einen Durchflussmesser zur Messung des Durchflusses der Kurzschlussleitung (38) und/oder einen Druckmesser zur Messung des Durchflusses der Kurzschlussleitung (38) aufweist.Cooling system for a charging station system (10) for charging electrically powered motor vehicles (14), with an input manifold (22) for supplying a cooling medium, an output manifold (30) for discharging the heated cooling medium and a plurality of cooling lines (24), each of which can be thermally coupled to an assigned charging station (12) to be cooled for charging the electrically driven motor vehicle (14), for cooling the charging station (12), in particular a charging cable (26 ) a charging point and / or power electronics (28) of the charging station (12), the cooling lines (24) being connected in parallel to one another and fluidly connected to the input manifold (22) and to the output manifold (30), wherein a short-circuit line (38) led past the charging stations represents a connection between the input manifold (22) and the output manifold (30), which is equipped with a regulating valve (34), wherein the short-circuit line (38) has a flow meter for measuring the flow of the short-circuit line (38) and/or a pressure meter for measuring the flow of the short-circuit line (38) to detect operational malfunctions. Kühlsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder Kühlleitung (24) ein Regulierventil (34), insbesondere ein Abgleichventil, zur Einstellung eines gleichen Massenstroms in den Kühlleitungen (24) verbunden ist.cooling system Claim 1 characterized in that a regulating valve (34), in particular a balancing valve, is connected to each cooling line (24) for setting an equal mass flow in the cooling lines (24). Kühlsystem nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierventile (34) zum hydraulischen Abgleich miteinander, insbesondere über eine Steuereinrichtung (36), kommunizieren.cooling system Claim 2 characterized in that the regulating valves (34) communicate with one another, in particular via a control device (36), for hydraulic balancing. Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kühlleitung (24) ein Durchflussmesser zur Messung des Durchflusses der jeweiligen Kühlleitung (24) vor der zugeordneten Ladesäule (12) vorgesehen ist.cooling system Claim 2 or 3 characterized in that a flow meter is provided for each cooling line (24) for measuring the flow of the respective cooling line (24) in front of the assigned charging station (12). Kühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kühlleitung (24) ein Druckmesser zur Messung eines Staudrucks der jeweiligen Kühlleitung (24) vor der zugeordneten Ladesäule (12) vorgesehen ist.Cooling system according to one of the Claims 2 until 4 characterized in that a pressure gauge is provided for each cooling line (24) for measuring a dynamic pressure of the respective cooling line (24) in front of the assigned charging station (12). Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesäule (12) eine, insbesondere mindestens einen Temperatursensor aufweisende, Überwachungseinrichtung zur Detektion eines Kühlbedarfs der Ladesäule (12) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung ausgestaltet ist in dem Fall, dass kein Kühlbedarf detektiert wird, die zugehörige Kühlleitung (24) zu verschließen.Cooling system according to one of the Claims 1 until 5 characterized in that the charging station (12) has a monitoring device, in particular having at least one temperature sensor, for detecting a cooling requirement of the charging station (12), the monitoring device being designed in the event that no cooling requirement is detected, the associated cooling line (24) to close. Ladesäulensystem zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge (14), mit mehreren Ladesäulen (12) zum Aufladen des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (14), einem Kühlsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Kühlen der Ladesäulen (12), einer zu den Ladesäulen (12) beabstandet positionierten Versorgungsbox (16), wobei die Versorgungsbox (16) eine Kühlpumpe (18) zum Fördern des Kühlmediums des Kühlsystems (20) und/oder einen Wärmetauscher (32) zum Kühlen des Kühlmediums der Ausgangssammelleitung (30) aufweist, und einer Steuereinheit (36) zum Einstellen des Durchflusses der Kühlleitungen (24).Charging station system for charging electrically driven motor vehicles (14), with several charging stations (12) for charging the electrically driven motor vehicle (14), a cooling system (20) according to one of Claims 1 until 6 for cooling the charging stations (12), a supply box (16) positioned at a distance from the charging stations (12), the supply box (16) having a cooling pump (18) for conveying the coolant of the cooling system (20) and/or a heat exchanger (32) for cooling the coolant of the output manifold (30), and a control unit (36) for adjusting the flow of the cooling lines (24). Verfahren zum Kühlen eines Ladesäulensystems (10) zum Aufladen elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge (14), bei dem mehrere zu kühlende Ladesäulen (12) mit Hilfe eines Kühlsystems (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 parallel geschaltet gekühlt werden.Method for cooling a charging station system (10) for charging electrically powered motor vehicles (14), in which several charging stations (12) to be cooled with the aid of a cooling system (20) according to one of Claims 1 until 6 be cooled in parallel. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem für jede zu kühlende Ladesäule (12) ein im Wesentlichen gleicher Durchflussstrom eingestellt wird.Procedure according to Claim 8 , in which a substantially equal flow rate is set for each charging station (12) to be cooled. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem in dem Fall, dass sich in einer von einer Druckquelle am weitesten entfernten Leitung ein geringerer Ist-Durchfluss als in den übrigen Kühlleitungen (24) ergibt, für die Kühlleitungen (24) ein höherer Soll-Durchfluss eingestellt wird, und/oder in dem Fall, dass sich in dem von der Druckquelle am weitesten entfernten Leitung ein höherer Ist-Durchfluss als in den übrigen Kühlleitungen (24) ergibt, für die Kühlleitungen (24) ein niedrigerer Soll-Durchfluss eingestellt wird, und/oder in dem Fall, dass ein Ist-Druck in der Eingangssammelleitung (22) oberhalb eines Soll-Drucks liegt, für die Kühlleitungen (24) ein niedriger Soll-Durchfluss eingestellt wird.Procedure according to Claim 8 or 9 , in which in the case that there is a lower actual flow in a line furthest away from a pressure source than in the other cooling lines (24), a higher target flow is set for the cooling lines (24), and / or in the case that there is a higher actual flow in the line furthest away from the pressure source than in the other cooling lines (24), a lower target flow is set for the cooling lines (24), and / or in that case that an actual pressure in the input manifold (22) is above a target pressure, and a low target flow is set for the cooling lines (24). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem eine Betriebsstörungen detektiert wird, wenn in der Kurzschlussleitung (38) ein Druck und/oder ein Durchfluss gemessen wird, der höher oder niedriger ist als in der aktuellen Betriebssituation zu erwarten ist.Procedure according to one of the Claims 8 until 10 , in which a malfunction is detected when a pressure and/or a flow that is higher or lower than is to be expected in the current operating situation is measured in the short-circuit line (38).
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